Нормалізація відносин, цілі нормалізації

Як вже зазначалося, завдання проектування реляційної бази даних полягає у виборі схеми бази з безлічі альтернативних варіантів, тобто, по суті, потрібно визначити набір схем відношень бази даних. Для задоволення цих вимог необхідно визначити, з яких відношень повинна складатися база даних та які атрибути повинні входити в ці відношення. Основний підхід полягає в наступному. Передбачається існування деякого універсального відношення, що містить всі атрибути бази даних, на основі аналізу зв'язків між атрибутами намагаються здійснити декомпозицію універсального відношення, тобто перейти до кількох відношень меншої розмірності, що задовольняють певним умовам, причому початкове ставлення має відновлюватися за допомогою операції природного з'єднання реляційної алгебри. Перш ніж перейти до розгляду методики побудови оптимальної схеми бази даних, розглянемо які найбільш часто зустрічаються недоліки схем відношень, або аномалії відносшень. Наприклад, розглянемо схему відношення:

Виробники = (назв_вигот, адрес_вигот, виріб, кільк_за_рік, ціна)

Ця схема має ряд недоліків.

1. Надмірність. Адреса виробника повторюється для кожного виготовленого виробу.

2. Потенційна суперечливість (аномалії оновлення). Внаслідок надлишковості можливо оновлення адреси виробника в одному кортежі, залишаючи його незмінним в іншому, тобто можлива ситуація, коли база даних містить різні адреси для одного виробника.

3. Аномалії включення. У базу даних не може бути записана адреса виробника, якщо не відомо, які вироби і в якій кількості він виготовляє.

4. Аномалії видалення. Зворотна проблема з'являється при необхідності видалення всіх виробів, виготовлених певним виробником, внаслідок чого ми втрачаємо його адресу, що не завжди бажано.

У цьому прикладі всі перераховані недоліки зникають, якщо замінити початкове відношення двома відношеннями:

Вир_адр = (назв_вигот, адрес_вигот)

Вир_изд = (назв_вигот, виріб, кільк_за_рік, ціна)

Однак наведена декомпозиція має істотний недолік: щоб отримати адреси виробників, потрібно виконати операцію природного з'єднання, яка працює порівняно повільно, тим не менш, наведена декомпозиція явно краще вихідної схеми відношення.

Теорія реляційних баз даних володіє потужним інструментом, який здатний допомогти розробнику оптимальним чином спроектувати структуру відношень бази даних. Цей інструмент – метод нормалізації відносин. Нормалізація відношень – покроковий процес розкладання (декомпозиції) вихідних відношень бази даних на більш прості. Кожна ступінь цього процесу призводить схему відношень бази даних в послідовні нормальні форми. Кожна наступна нормальна форма володіє «кращими» властивостями, ніж попередня. Кожній нормальній формі відповідає певний набір обмежень. Відношення знаходиться в певній нормальній формі, якщо воно задовольняє набору обмежень цієї форми.

Процес нормалізації заснований на понятті функціональної залежності атрибутів.